Полярність молекул
Полярність молекули визначає не один окремий полярний зв’язок, а векторна сума всіх зв’язкових диполів і внесків неподілених пар у реальній геометрії. Тому CO₂ має полярні зв’язки C=O, але нульовий сумарний диполь через лінійну симетрію, тоді як зігнута H₂O має ненульовий диполь. Симетрія може повністю компенсувати великі локальні поділи заряду.
Наочна модель
Інтерактивна модель
Від полярності зв’язку до дипольного моменту
Різниця електронегативностей зміщує електронну густину й створює часткові заряди δ⁺ і δ⁻. Для простого розділення заряду μ=qr, де q — ефективно розділений заряд, r — відстань. Дипольний момент є вектором: важливі і величина, і напрям. У молекулі вектори зв’язків треба додавати геометрично, а не просто складати їхні модулі.
CO₂ і H₂O показують роль геометрії
У CO₂ два однакові диполі C=O спрямовані в протилежні боки під 180°, тому взаємно компенсуються. У H₂O кут H–O–H близько 104,5°, отже два диполі O–H не протилежні і дають сумарний вектор у бік O. Саме тому за однакової ідеї полярних зв’язків одна молекула неполярна, а інша полярна.
Симетричні молекули можуть бути неполярними
У BF₃ три однакові зв’язкові диполі в тригонально-планарній геометрії компенсуються; у CH₄ те саме відбувається тетраедрично. Для PF₅ тригонально-біпірамідальна і для SF₆ октаедрична симетрія також можуть давати нульовий сумарний диполь, якщо замісники еквівалентні. Наявність полярних зв’язків сама по собі не гарантує полярності всієї молекули.
Неподілені пари змінюють форму і суму векторів
Неподілені електронні пари впливають на електронну геометрію й часто руйнують компенсацію зв’язкових диполів, як у NH₃ та H₂O. Але сама наявність пар не означає автоматичну полярність: XeF₄ має дві неподілені пари на Xe, проте молекула квадратнопланарна, а чотири диполі Xe–F симетрично компенсуються.
Локальний заряд і сумарний диполь — різні поняття
Карти електростатичного потенціалу можуть показувати значний локальний поділ заряду навіть у молекулі з μ=0. Сумарний диполь описує перший векторний момент усієї електронної та ядерної густини. Він впливає на взаємодію з електричним полем, міжмолекулярні сили й часто розчинність, але не є єдиним параметром, що визначає всі фізичні властивості. Експериментальний дипольний момент часто подають у дебаях (D); його величина є корисним тестом для запропонованої геометрії та розподілу заряду, але однаковий μ не означає однакову мікроскопічну структуру різних молекул.
Завдання
CO₂
Чи є CO₂ полярною молекулою, якщо кожен зв’язок C=O полярний?
Розв’язання: Ні. Лінійні однакові диполі протилежні і їхня векторна сума дорівнює нулю.
H₂O
Чому H₂O має сумарний диполь?
Розв’язання: Молекула зігнута, тому два диполі O–H не компенсуються і дають ненульову векторну суму.
XeF₄
Чи роблять дві неподілені пари XeF₄ обов’язково полярною?
Розв’язання: Ні. Квадратнопланарна симетрія чотирьох зв’язків Xe–F дає компенсацію сумарного диполя.